Wiadomości ERBN - Nowe, polimery, wytrzymałe niczym jedwab
Jedwabniki, których hodowlę zapoczątkowano w Chinach już 3 500 lat p.n.e. odegrały ważną role w dziejach ludzkości, począwszy od cennych tkanin wytwarzanych z jedwabiu, aż po związany z nimi rozwój handlu i wymianę kulturową wzdłuż jedwabnego szlaku. Obecnie, w skali globalnej rynek produktów wytwarzanych z jedwabiu wart jest ponad 100 miliardów euro. Uczestnicy projektu o nazwie "jedwab jako biomimetyczny wzór dla polimerów" ('Silks as Biomimetic Ideals for Polymers' - SABIP) badają właściwości tego naturalnego włókna. Powyższe badania mają na celu usprawnienie produkcji jedwabiu oraz pogłębienie wiedzy na temat jego właściwości, co docelowo powinno pozwolić opracować lepsze polimery. "Istnieje wiele rodzajów jedwabiu, wytwarzanego przez kilka gatunków zwierząt, takich jak jedwabniki, ćmy oraz pająki", tłumaczy prof. Vollrath, kierownik projektu SABIP oraz pracownik Uniwersytetu w Oksfordzie. "Nici wytwarzane przez pająki ewoluowały w taki sposób, by absorbować energię, podczas gdy włókna produkowane przez kokony pełnią rolę elementu konstrukcyjnego”. Uczestnicy projektu badają skład chemiczny oraz materiał genetyczny różnych rodzajów jedwabiu poprzez "bio-ekspolorację" oraz analizę zależności pomiędzy powyższymi czynnikami, a właściwościami mechanicznymi włókien. "Bio-eksploracja pomoże nam odkryć nowe rodzaje jedwabiu, o interesujących właściwościach, a także sekwencje genów, natomiast ich dogłębne zbadanie umożliwi nam opracowanie nowych zasad projektowania bio-polimerów", mówi prof. Vollrath. "Obecnie zaczynamy dopiero rozumieć jakie właściwości sprawiają, że jedwab jest "dobry", a także odpowiednio interpretować wskaźniki chemiczne, gwarantujące jego wysoką jakość", dodaje profesor. "Jedwab tworzą białka fibrylarne, zwane amyloidami. Wewnątrz ciała zwierzęcia woda utrzymuje cząsteczki stabilnym stanie, uniemożliwiając białkom łączenie się ze sobą. Podczas uwalniania ciekłego jedwabiu woda jest usuwana, a mobilne cząsteczki białek łączą się ze sobą w stosunkowo silny sposób, co sprawia, że włókna są zarówno wytrzymałe, jak i odporne na działanie grzybów i bakterii. By powstał jedwab niezbędne jest zachowanie odpowiedniej równowagi pomiędzy uporządkowaniem, a chaotycznym rozkładem cząsteczek: zbyt duży stopień uporządkowania powoduje, że włókno jest łamliwe, natomiast zbyt mały sprawia, że jest słabe. Pająki wykorzystują proces ekstruzji, zmieniając właściwości mechaniczne włókna, co pozwala im dostosować budowane sieci do warunków otoczenia oraz rodzaju dostępnej zdobyczy". Powyższe mechanizmy ewoluowały w sposób niezależny u różnych gatunków zwierząt: Niektóre jedwabniki posiadają sekwencje DNA porównywalne z pająkami. Zbadanie powyższych procesów powinno umożliwić opracowanie sztucznych polimerów, charakteryzujących się wytrzymałością i trwałością porównywalną z jedwabiem. "Szacuje się, że produkcja jedwabiu jest około tysiąc razy bardziej energooszczędna, niż produkcja syntetycznych plastików", twierdzi prof. Vollrath, "dopiero teraz zaczynamy rozumieć, w jaki sposób wykorzystać wiedzę na temat naturalnej produkcji jedwabiu, w celu opracowania lepszych, sztucznych polimerów". Naukowcy uczestniczący w projekcie stosują ponadto modele molekularne, w celu lepszego zrozumienia pozyskanych danych. "Modelowanie przeprowadzamy w oparciu o zasady fundamentalne”, tłumaczy prof. David Porter, który także uczestniczy w projekcie SABIP. Powyższe podejście umożliwia uczestnikom projektu zoptymalizowanie warunków testowych, w celu uzyskania bardziej dogłębnej wiedzy. Początkowo naukowcy skupili się na badaniu jedwabników, jednak larwy te zwijają włókna, co komplikuje proces ich analizy. Natomiast pająki wytwarzają proste nici, które można pozyskiwać w kontrolowanych warunkach, a następnie badać. Prof. Vollrath potwierdza, że "Grant ERC na prowadzenie zaawansowanych prac badawczych umożliwił powiązanie powyższych elementów projektowych, a hojne wsparcie pozwoliło stworzyć odpowiedni zespół badawczy". Uczestnicy inicjatywy SABIP pracują ponadto nad komercjalizacją opracowanych przez siebie technologii i uzyskanych wyników. "Prowadzimy rozmowy z kilkoma europejskimi przedsiębiorstwami, wykorzystującymi tkaniny jedwabne w bio-technologii i w implantach medycznych, gdyż jedwab jest bio-kompatybilny i może być biodegradowalny". Potencjalne zastosowania wyników projektu obejmują ponadto stworzenie przemysłu produkcji jedwabiu w rozwijających się regionach, takich jak Afryka, w oparciu o procesy dostosowane do lokalnych gatunków jedwabników oraz drzew". - Źródło: Profesor Fritz Vollrath – Koordynator projektu: Uniwersytet w Oksfordzie, Wlk. Brytania - Nazwa projektu: Silks as Biomimetic Ideals for Polymers - Akronim projektu: SABIP - strona internetowa profesora Fritza Vollratha - finansowanie w ramach 7PR (wezwanie ERC): Zaawansowany Grant 2008 - Wsparcie ze strony KE: 2,3 milionów euro - Czas trwania projektu: pięć lat